La capacidad de detectar y responder a las moléculas en el aire, el olfato, es uno de los sentidos más complejos. Requiere ordenar, analizar y priorizar rápidamente un torrente de datos de entrada. Si viste la animación «El sentido del olfato de un salmón del Pacífico» del documental de Illustra Media Living Waters, tienes una idea de la complejidad del cableado neuronal y los órganos que procesan las entradas. Aquí, observamos nuevos hallazgos sobre lo que se necesita para ejecutar una función olfativa.

Lo que se sabe

En el Laboratorio Cold Spring Harbor, los ganadores de un premio NIH (National Institute of Health) por investigación innovadora en neurociencia han estado creando modelos de olfato. En Medical Xpress explican lo que se sabe sobre el sentido del olfato:

En general, los científicos saben que las partículas de olor primero ingresan a través de la cavidad nasal, donde los receptores de olor expresados ​​por las neuronas receptoras olfativas en el tejido sensorial se unen a ellas. El bulbo olfatorio, una estructura ubicada en el cerebro anterior de los mamíferos, luego procesa la información enviada desde los receptores. Posteriormente, el bulbo envía esta información a varias áreas del cerebro de mayor procesamiento, incluida la corteza cerebral. Allí, los mensajes de salida olfativos se analizan y transmiten a través del cerebro antes de que se transmitan a la bombilla en un ciclo de retroalimentación. [Énfasis añadido.]

Lo que no se sabe

El mismo equipo de investigación descubrió recientemente que «es probable que el nivel de alimentación de las entradas olfativas y las salidas de bulbo procesadas se preocupen por diferentes aspectos del olor». Los modelos anteriores, dicen, no han resistido las pruebas adicionales. Por ejemplo, la combinación de odorantes debería predecir las respuestas neuronales, pero a menudo no lo hacen.

Cuando se trata de oler, «realmente no sabemos qué está buscando el cerebro, y no sabemos qué características físicas o químicas, si las hay, extrae el cerebro», dijo Albeanu.

Su último artículo en Current Biology, «Scaling Principles of Distributed Circuits» (Principios de escala de circuitos distribuidos), parece más un título sobre informática que fisiología, pero se refiere principalmente al problema de modelar el olfato como un circuito de procesamiento de señales. Encontraron relaciones matemáticas entre las señales neuronales entrantes y los glomérulos que las reciben, deduciendo que la capacidad de discriminar olores corresponde al tamaño del circuito. El sistema otorga escalabilidad al sistema olfativo entre especies: cuantas más neuronas entrantes, más glomérulos hay para procesar las entradas.

Esta escalabilidad, que sigue una ley de potencia, también permite mantener la precisión de la señal en una etapa en procesos sucesivos. La ley de potencia tiene un exponente de 3/2, lo que refleja el hecho de que la señal pasa de 2-D (en la neurona receptora olfativa u OSN) a 3-D en el glomérulo. El glomérulo recibirá múltiples señales de numerosos OSN porque numerosas moléculas inciden en los OSN simultáneamente. Esto permite que el glomérulo calcule la concentración de la señal incluso si los OSN tienen sensibilidades diferentes; La multiplicidad de señales aumenta la relación señal / ruido y reduce la incertidumbre sobre la fuente ambiental. «En un circuito óptimo», explican, «la precisión debe mantenerse en cada etapa sucesiva: se desperdicia si el circuito aguas abajo no puede mantenerlo». La ley de potencia 3/2 permite que el sistema de olfato mantenga esa precisión.

Todo iba hasta que Darwin entró sin invitación.

Por lo tanto, la evolución podría haber diseñado los parámetros de conectividad del circuito para que sean óptimos en mantener de manera sólida la información y la capacidad discriminatoria.

¡Y qué sabes, pero también parece que las especies que tienen más necesidad de discriminar olores tienen circuitos más grandes para satisfacer la necesidad! Qué hay sobre eso. Inteligente, ese diseñador evolutivo. Algunas personas incluso pueden cultivar más OSN en respuesta a los odorantes que se encuentran con frecuencia.

Por lo tanto, la evolución podría haber aumentado el tamaño del circuito entre las especies más dependientes del olfato para clasificar y discriminar más olores.

¡Qué experto diseñador la evolución es! Él, ella o eso incluso establece y sigue las reglas. «La escala, que se ha observado en innumerables contextos biológicos, revela restricciones de diseño impuestas por la evolución«.

De Nueva York a California

En la costa oeste, dos miembros del equipo del Instituto Salk contribuyeron al documento. Charles Stevens y Shyam Srinivasan descubrieron que «al menos seis tipos de mamíferos, desde ratones hasta gatos, distinguen los olores más o menos de la misma manera, utilizando circuitos en el cerebro que se han conservado evolutivamente en las especies». (Conservar evolutivamente significa esencialmente que la evolución al estilo neodarwiniano no ocurrió, excepto por el escalado de la red para cada especie.) Srinivasan se jacta: «Entonces, si me dijera la cantidad de neuronas en la nariz, podría predecir la cantidad en la corteza piriforme o el bulbo».

Su imagen del complejo piriforme, una porción del cerebro que recibe señales procesadas del bulbo olfativo, hizo la Imagen del día en The Scientist. El subtítulo lee,

Los circuitos cerebrales que subyacen al agudo sentido del olfato de los mamíferos parecen conservarse en muchos animales, desde ratones hasta conejillos de Indias y zarigüeyas. Los receptores en la nariz disparan señales a un grupo de neuronas en el cerebro, el bulbo olfatorio, y luego a la corteza piriforme en capas. El número relativo de neuronas involucradas en cada etapa sucesiva es consistente en todas las especies, informaron los investigadores el 18 de julio en Current Biology.

El dúo de Salk explica que la red neuronal olfativa, que es diferente de la de otros sentidos, trabaja con códigos de maneras que los diseñadores humanos apreciarán:

Específicamente, la identificación de olores individuales está relacionada con la fuerza y ​​la combinación de las neuronas de disparo en el circuito que pueden compararse con la música de un piano, cuyas notas surgen de la depresión de múltiples teclas para crear acordes, o la disposición de las letras que forman el palabras en esta página.

«La discriminación de los olores se basa en la velocidad de activación, el pulso eléctrico que viaja por el axón de la neurona», dice Srinivasan. «Un olor, por ejemplo, para el café, puede provocar una respuesta lenta en una neurona, mientras que la misma neurona puede responder al chocolate a un ritmo más rápido».

Robusto pero no invencible

Nuestros sentidos a menudo pueden durar toda la vida, funcionando con azúcares, proteínas y grasas. No se quedan cortos cuando nos zambullimos en una piscina. Son compactos y elegantemente sensibles, pero pueden dañarse o disminuir con la edad.

Investigadores de la Universidad de Montreal descubrieron que un golpe en la cabeza puede dañar el sentido del olfato. Dependiendo de la cantidad de daño de una conmoción cerebral, la red olfativa puede recuperarse, pero los pacientes deben conocer el síntoma.

«Muchas personas sufrirán una conmoción cerebral leve en algún momento de su vida, por lo que darse cuenta de que tienen problemas para oler es el primer paso para contarle a su médico», dijo la autora principal Fanny Lecuyer Giguère, quien hizo la investigación como parte de su Tesis doctoral en neuropsicología supervisada por el profesor afiliado de psicología de la UdeM Johannes Frasnelli. «Es importante que los pacientes informen cualquier pérdida de olfato, porque no es algo sobre lo que su médico general o médico de urgencias normalmente pregunta«.

Los investigadores hicieron un seguimiento con las víctimas de accidentes de esquí. La pérdida de olfato a menudo se correlacionó con la ansiedad. Afortunadamente, «los investigadores pudieron determinar que la mayoría de los que habían perdido el sentido del olfato lo recuperaron a los seis meses de su accidente». Esto implica que las asombrosas habilidades de auto reparación del cuerpo se extienden al circuito olfativo.

Más adentro

Una preimpresión en bioRxiv encuentra una conexión entre el número centríolo y la disposición. Los cilios en OSNs albergan los receptores olfativos. En la base de los cilios, los centriolos están dispuestos en forma de roseta. Dos proteínas amplifican los centriolos, y cuando hay suficientes, las células pueden dividirse. «Nuestros hallazgos resaltan la importancia de tener en cuenta la amplificación centríolo en las terapias de regeneración neuronal derivadas de los epitelios olfatorios».

Los científicos de la Universidad de Washington examinaron el sistema olfativo en los mosquitos. Muchos insectos tienen una sensibilidad asombrosa a los olores, como las feromonas, capaces de detectarlos a kilómetros de distancia (para los mosquitos, es el CO2 en nuestra respiración lo que los atrae). Los insectos usan sus OSN en sus antenas, pero funciones similares de recolección, clasificación y procesamiento continúan en sus glomérulos, dispuestos en un órgano llamado cuerpo de hongo. Luego, como en los mamíferos más grandes, las señales se someten a un procesamiento adicional en sus cerebros del tamaño de una cabeza de alfiler. Que tal habilidad pueda ser miniaturizada para un mosquito, o un mosquito, debería ser suficiente para despertar asombro.

Fuente de la imagen: Living Waters, a través de Illustra Media.

Artículo originalmente publicado en inglés por Evolution News